Karbapenemi su vrlo moćna klasa beta-laktamskih antibiotika koji su strukturno povezani s penicilinima. Oni su antibiotici širokog spektra i djeluju protiv gram-negativnih, gram-pozitivnih bakterija i onih koje rastu u nedostatku kisika. Ovi lijekovi se općenito koriste u slučajevima infekcije s više vrsta bakterija ili kada su invazivne bakterije otporne na druge vrste antibiotika. Postoje sojevi bakterija koji su razvili gen za otpornost na karbapeneme, uznemirujući medicinsku zajednicu strahom od superbakterije širom svijeta.
Beta-laktamski antibiotici imaju prstenastu strukturu koja se sastoji od tri atoma ugljika i jednog atoma dušika. Oni ometaju sintezu bakterijske stanične stijenke ometajući ključni korak sinteze. Ovi spojevi blokiraju proteine koji vežu penicilin (PBP). To ostavlja međuprodukte stanične stijenke bakterija labavim. Prevari stanicu da proizvodi enzime koji razgrađuju njezinu staničnu stijenku, ubijajući organizam.
Mnoge bakterije proizvode enzime koji razgrađuju beta-laktamske antibiotike. Takvi enzimi poznati su kao beta-laktamaze. Uobičajena je praksa propisivanje ove vrste antibiotika s inhibitorom beta-laktamaze, tako da bakterije ne mogu razgraditi antibiotik. Uz karbapeneme, inhibitor beta-laktamaze je cilastatin.
Postoji niz različitih vrsta karbapenema koji se koriste u kliničkoj praksi. Prvi spoj koji se koristio bio je imipenem, koji se obično propisuje s cilastatinom. Kasniji tipovi inhibitora ne moraju se koristiti s ovim inhibitorom beta-laktamaze. Ovi spojevi se razlikuju po tome na koji se PBP vežu, što daje određenu selektivnost prema različitim vrstama organizama. Na primjer, oni koji inhibiraju PBP3 su specifični za oportunistički patogen Pseudomonas aeruginosa.
Karbapenemi su najmoćniji poznati antibiotici, budući da su u stanju sadržavati tako raznoliku lepezu bakterijskih infekcija. Obično se spremaju za uporabu kao krajnja mjera, kako se ne bi potaknuo razvoj otpora protiv njih. Takvi se antibiotici obično daju intravenozno u bolnicama.
Ova klasa antibiotika sposobna je ubiti većinu bakterija koje proizvode inhibitore beta-laktamaze, jer je njena struktura malo drugačija od ostalih klasa beta-laktamskih antibiotika. Međutim, razvijeni su novi sojevi enteričnih bakterija koji nose gen otpornosti koji im omogućuje razgradnju beta-laktamaze karbapenema. Enterične bakterije su gram-negativne bakterije kao što je Escherichia coli. Novi gen otpornosti poznat je kao NDM-1. To je beta-laktamaza s metalnim ionom kao kofaktorom i prvi put je izolirana u New Delhiju, Indija. Stoga ime znači New Delhi metallo beta-laktamaza.
Brojni pacijenti u Ujedinjenom Kraljevstvu hospitalizirani su s sojevima bakterija koji sadrže ovaj gen za otpornost. Neki su umrli. Većina ih je bila na indijskom potkontinentu, uglavnom zbog estetske kirurgije. Drugi su se zarazili od drugih pacijenata u bolnici. Infekcije su se također dogodile u Sjedinjenim Državama, Kanadi i nekoliko drugih zemalja.
Ne postoji druga klasa antibiotika koja može zamijeniti karbapeneme. Gen NDM-1 može se prenositi između različitih vrsta bakterija. Ako završi u soju koji je otporan na sve antibiotike i lako se širi među pacijentima, to bi bila ozbiljna prijetnja ljudskom zdravlju.